本发明属于空心轴检测技术领域，特别涉及一种空心轴内壁检测自适应工装与空心轴内壁的检测方法。
背景技术：
空心轴是航空航天发动机传递动力的重要部分，其制造与质量检测十分重要，空心轴中如果有裂纹、气泡等缺陷，那么在工作中很容易发生疲劳破坏，进而折断失效，造成很严重的后果，另外，航空航天发动机不同于汽车、机床上的发动机，一旦发生意外，造成的损失是巨大的，所以在使用空心轴之前，必须对其进行严格的检测，并且，每一根空心轴都要检测、空心轴上处处都要检测。而航空航天发动机空心轴的结构复杂，内壁直径不完全一致，这给检测工作带来困难。
目前已有利用超声波和电磁感应原理来检测空心轴的案例，但检测对象大部分是结构较为简单的高速列车上的空心轴。例如专利申请号为cn105181801a的发明专利，提供了一种高铁空心轴超声无损检测装置，针对直径一致的空心轴，采用可控的螺旋线运动检测空心轴内壁，探头运动平稳，此方案针对空心轴内壁直径不一致的情况就不适用了。又如专利申请号为cn104698073a的发明专利，公开了一种用于检测高铁列车空心轴的裂纹的探伤装置，通过设置于其线圈固定座上的传感器线圈且基于电磁感应原理来检测空心轴的裂纹，线圈固定座外表面上安装了多个不同角度的传感器线圈，使用时将上述线圈固定座伸入高铁列车空心轴的内部空腔内进行检测。该装置的缺陷是针对空心轴内壁不同角度的检测，采用了多个传感器线圈，检测载体占用空间大，制作成本高，对于直径不一致的空心轴，线圈固定座与不同直径段的内壁距离不同，影响检测精度。
因此，为高效又精准地检测空心轴质量，发明一种能随着空心轴内壁直径的变化而做出相应调整的空心轴质量检测装置有重要意义。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种空心轴内壁检测自适应工装，具体方案如下：
一种空心轴内壁检测自适应工装，包括左支座、右支座、控制器、传感器探头、圆周转向机构、径向伸缩摆动转向机构和轴向移动机构，其中，圆周转向机构包括横穿左支座和右支座上端的转轴，用于带动转轴旋转的旋转控制组件；
径向伸缩摆动转向机构包括第一滑块、第二滑块和用于安装传感器探头的探头安装块；第一滑块和第二滑块均套设在转轴上并与转轴共同转动，探头安装块的左端与第一滑块之间活动连接有第一连接杆，探头安装块的右端与第二滑块之间活动连接有第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆均可相对转轴转动，以控制传感器探头与转轴之间的距离；优选地，第一连接杆的中心线、第二连接杆的中心线和转轴的中心线共同位于第一平面内；
轴向移动机构包括设置在转轴上的第一轴向控制组件和第二轴向控制组件，第一轴向控制组件用于控制第一滑块沿转轴的轴向运动；第二轴向控制组件用于控制第二滑块沿转轴的轴向运动；第一轴向控制组件和第二轴向控制组件均与转轴共同转动。
旋转控制组件、第一轴向控制组件、第二轴向控制组件和传感器探头均与控制器相连接，优选地，传感器探头为电涡流传感器探头。
本发明所提供的空心轴内壁检测自适应工装，工件定位模块用于定位空心轴，空心轴位于左支座和右支座中间，将转轴和位于转轴上的径向伸缩摆动转向机构共同伸入到空心轴内，旋转控制组件带动转轴进行转动，对某个固定位置的空心轴内壁进行圆周的扫描检测，当检测完一周后，通过第一轴向控制组件和第二轴向控制组件控制第一滑块和第二滑块的轴向移动，共同移动到下一单位位移，再次进行全周扫描。
当第一轴向控制组件和第二轴向控制组件控制的第一滑块和第二滑块的移动位移不同，可以控制传感器探头到转轴的距离，以适应内径变化的空心轴，保证传感器探头与空心轴中不同直径的内壁保持均匀间隙；传感器探头还可以绕竖直方向摆动来调整其角度，可以保证传感器探头方向始终保持与空心轴内壁法线方向一致，从而对空心轴进行精确的探伤检测，结构简单，成本低廉，只用一个传感器探头就能对空心轴内壁进行全面的检测，同时可以适应内径发生变化的空心轴，精度高，应用更为广泛。
由上述工作说明可知，任意的可以带动转轴沿其水平中心线进行旋转的旋转控制组件均可以使用，无需过多限定；同理，任意可以控制第一滑块和第二滑块沿转轴的轴向运动的控制机构均可以使用，只要能保证第一滑块的运动即可，无需过多限定。
进一步地，旋转控制组件包括第一步进电机和设置于转轴穿出左支座的左端上的第一同步轮，第一同步轮与第一步进电机的输出轴通过垂直传送带相连接。
进一步地，第一轴向控制组件包括位于转轴左侧的第二步进电机和位于转轴右侧的第二同步轮，第二同步轮通过第一水平传送带与第二步进电机的输出轴相连接；第二轴向控制组件包括位于转轴左侧的第三步进电机和位于转轴右侧的第三同步轮；第三同步轮通过第二水平传送带与第三步进电机的输出轴相连接；第一滑块与第一水平传送带相连接，第二滑块与第二水平传送带相连接，第二步进电机、第三步进电机、第二同步轮和第三同步轮均位于左支座和右支座中间。
采用电机和传送带组合进行控制运动，结构简单，实现方便，价格低廉，精确度高。
进一步地，转轴的左侧设置有水平的电机固定板，转轴的右侧设置有竖直的同步轮支架，第二步进电机和第三步进电机安装在电机固定板的上下两侧，并沿电机固定板的中心呈中心对称；第二同步轮和第三同步轮设置在同步轮支架的上下两侧，第一水平传送带和第二水平传送带相对转轴对称，优选地，第一水平传送带的水平中心线、第二水平传送带的水平中心线和转轴的水平中心线共同位于第二平面内，第二平面与第一平面相垂直。
上述设置可以节约空间，另空心轴内壁检测自适应工装的结构更为紧凑，精度进一步提高，便于控制，同时便于携带和使用，可适用的范围更为广泛。
更进一步地，转轴位于左支座和右支座之间的部分设置有水平键槽，第一滑块和第二滑块套上均设置一个可以伸入水平键槽内的滑键；第一滑块的上端与第一水平传送带固定连接，第二滑块的下端与第二水平传送带固定连接。
更进一步地，左支座和右支座中间设置有工件定位模块，左支座包括竖直的第一支座本体，和位于第一支座本体下端的水平支板，水平支板包括位于第一支座本体左侧的短板部分和位于第一支座本体右侧的长板部分，长板部分包括左侧的平台部和右侧的滑轨部，滑轨部的上表面设置有水平滑轨；工件定位模块的底面上设置有与水平滑轨相适配的水平滑槽。工件定位模块可拆卸的安装在左支架上，可以根据待检测的空心轴的大小进行适当的更换。
更进一步地，右支座包括竖直的第二支座本体，和位于第二支座本体下端的水平板；平台部的高度大于滑轨部的高度，水平板的高度大于滑轨部的高度；水平板与滑轨部的右侧面活动连接。
上述设置，可以更好的限制工件定位模块在轴向和纵向的移动自由度，提高检测精度。
优选地，工件定位模块的纵截面为“v”型。
优选地，第一连接杆和第二连接杆的长度不同，探头安装块的长度小于相对短的连接杆的长度。
进一步地，探头安装块包括直流电机、矩形框架、连接件、弧形滑块和纵截面为半圆形的半圆形支架，矩形框架包括上侧壁、下侧壁和后侧壁；后侧壁上固定直流电机；上侧壁和下侧壁的前端共同活动连接半圆形支架，直流电机的输出轴的轴中心线位于第一平面内，并伸入矩形框架内与连接件的一端相连接；连接件的另一端连接有弧形滑块；半圆形支架包括平面侧壁和半圆弧型侧壁；半圆形支架平面侧壁上设置有供传感器探头通过的圆孔，半圆形支架的圆弧侧壁的外表面上设置有与弧形滑块相适配的纵向的弧形滑槽。
上述设置，可以通过直流电机驱动控制连接件绕轴中心线方向转动，在弧形滑块的带动下实现传感器探头的摆动，进一步提高适应性，扩大使用范围，提高检测精度。
本发明还提供一种空心轴内壁检测方法，方法包括如下步骤：
s1、将径向伸缩摆动转向机构移动至转轴的左端，作为检测起点；
s2、将空心轴套在转轴和径向伸缩摆动转向机构外，通过工件定位模块进行支撑定位，保证空心轴的轴线与转轴的轴线相重合，然后安装右支座；
s3、控制器控制旋转控制组件的运动，控制转轴的周向运动，从而带动传感器探头对空心轴内壁进行全周检测；
s4、检测完一周，控制器通过控制第一轴向控制组件和第二轴向控制组件的运动，控制第一滑块和第二滑块向右移动等距离或非等距离的位移，重复s3步骤；
s5、重复s4步骤，直至将整根空心轴检测完毕。
本发明所提供的空心轴内壁检测自适应工装，与现有技术的空心轴检测装置相比，具有如下有益效果：
1、传感器探头可实现圆周回转运动、轴向移动、径向伸缩、与空心轴内壁法线方向保持一致，只用一个传感器探头就能对空心轴内壁进行全面的检测；
2、扩大了应用范围，不仅适用于检测高铁列车中直径一致的空心轴，还能检测内径变化的航天发动机上的空心轴；
3、检测精度较高，且成本较低。
附图说明
图1.实施例1空心轴内壁检测自适应工装的结构示意图；
图2.实施例2空心轴内壁检测自适应工装的结构示意图；
图3.实施例2的左支座的结构示意图；
图4.实施例2的工件定位模块的结构示意图
图5.实施例2的右支座的结构示意图；
图6.实施例3的径向伸缩摆动转向机构的结构示意图；
图7.实施例3的径向伸缩摆动转向机构的左视示意图；
图8.实施例3的半圆形支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，下列实施例仅用于解释本发明的发明内容，不用于限定本发明的保护范围。
实施例1
一种空心轴内壁检测自适应工装，如图1所示，包括左支座1、右支座2、控制器、传感器探头3、圆周转向机构、径向伸缩摆动转向机构和轴向移动机构；
圆周转向机构包括横穿左支座1和右支座2上端的转轴4和用于带动转轴4沿轴心线旋转的旋转控制组件，转轴4位于左支座1和右支座2之间的部分设置有水平键槽22；
本实施例优选地，旋转控制组件包括第一步进电机12和设置于转轴4穿出左支座1的左端上的第一同步轮13，第一同步轮13与第一步进电机12的输出轴通过垂直传送带相连接；
径向伸缩摆动转向机构包括第一滑块5、第二滑块6和用于安装传感器探头3的探头安装块7；第一滑块5和第二滑块6均套设在转轴4上，第一滑块5和第二滑块6套设在转轴4上的中间部分均设置一个可以伸入水平键槽22内的滑键23，保证第一滑块5和第二滑块6可以在转轴上移动的同时，与转轴共同进行旋转；第一滑块5与探头安装块7的左端共同活动连接第一连接杆9，第二滑块6与探头安装块7的右端共同活动连接第二连接杆11，第一连接杆9和第二连接杆11均可相对转轴4转动，以控制传感器探头3与转轴4之间的距离，优选地，第一连接杆9和第二连接杆11的长度不同。
本实施例优选地，第一滑块5和探头安装块7的左端均设有第一铰接轴8，两个第一铰接轴8上共同铰接有第一连接杆9；第二滑块6与探头安装块7的另一端均设有第二铰接轴10，两个第二铰接轴10共同铰接有第二连接杆11；进一步优选地，第一连接杆9的水平中心线、第二连接杆11的水平中心线和转轴4的水平中心线共同位于第一平面内，第一铰接轴8和第二铰接轴10均与第一平面相垂直；可以保证第一连接杆9绕第一铰接轴8运动，第二连接杆11绕第二铰接轴10运动，而探头安装块7可以在第一平面垂直的方向上左右调整探头方向；传感器探头的轴心线位于第一平面内。
轴向移动机构包括设置在转轴4上的第一轴向控制组件和第二轴向控制组件，第一轴向控制组件用于控制第一滑块5沿转轴4的轴向运动；第二轴向控制组件用于控制第二滑块6沿转轴4的轴向运动；
本实施例优选地，第一轴向控制组件包括位于转轴4左侧的第二步进电机14和位于转轴4右侧的第二同步轮15，第二同步轮15通过第一水平传送带16与第二步进电机14的输出轴相连接；第二轴向控制组件包括位于转轴4左侧的第三步进电机17和位于转轴4右侧的第三同步轮18；第三同步轮18通过第二水平传送带19与第三步进电机17的输出轴相连接；第一滑块5与第一水平传送带16相连接，第二滑块6与第二水平传送带19相连接，第二步进电机14、第三步进电机17、第二同步轮15和第三同步轮18均位于左支座1和右支座2中间，保证轴向移动机构与转轴共同转动。
进一步优选地，转轴4的左侧设置有水平的电机固定板20，转轴4的右侧设置有竖直的同步轮支架21，第二步进电机14和第三步进电机17安装在电机固定板20的上下两侧，并沿电机固定板20的中心呈中心对称；第二同步轮15和第三同步轮18设置在同步轮支架21的上下两侧，第一滑块5的下端与第一水平传送带16固定连接，第二滑块6的上端与第二水平传送带19固定连接，第一水平传送带16的水平中心线、第二水平传送带19的水平中心线和转轴4的水平中心线共同位于第二平面内，第二平面与第一平面相垂直。
更进一步优选地，第一步进电机12、第二步进电机14和第三步进电机17的输出轴上均可以设置同步轮，并通过电机支座分别安装在左支架1的左侧和电机固定板20的上下两侧；电机固定板通过一个固定键安装在转轴的左侧，并与左支座之间留有一定间隙，同步轮支架通过一个固定键安装在转轴右侧，并与右支座之间留有一定间隙。
第一步进电机12、第二步进电机14、第三步进电机17和传感器探头3均与控制器相连接。
第一步进电机通过驱动垂直同步带控制转轴的周向转动，转轴带动设置在其上的轴向移动机构和径向伸缩摆动转向机构与其共同转动；第二步进电机和第三步进电机分别通过驱动第一水平传送带和第二水平传送带进而控制第一滑块和第二滑块沿转轴轴向运动；控制第一滑块和第二滑块的间距保持不变，则传感器探头进行轴向平移；通过减小两个滑块之间的距离实现传感器探头沿转轴径向的伸长运动，增大间距实现沿转轴径向的收缩运动；当保持一个电机不转另一个电机转动时，可以实现传感器探头绕竖直方向的摆动；传感器探头可实现圆周回转运动、轴向移动、径向伸缩、与空心轴内壁法线方向保持一致，只用一个传感器探头就能对空心轴内壁进行全面的检测。
实施例2
本实施例所提供的空心轴内壁检测自适应工装，与实施例1的区别在于，如图2和图3所示，左支座1和右支座2中间设置有工件定位模块31，左支座1包括竖直的第一支座本体201，和位于第一支座本体201下端的水平支板，水平支板包括位于第一支座本体201左侧的短板部分202和位于第一支座本体201右侧的长板部分203，长板部分203包括左侧的平台部204和右侧的滑轨部205，滑轨部205的上表面设置有与转轴4相平行的水平滑轨206，平台部204的高度大于滑轨部205的高度；如图4所示，工件定位模块31优先采用v形块，其底面上设置有与水平滑轨206相适配的水平滑槽207；如图5所示，右支座2包括竖直的第二支座本体208，和位于第二支座本体208下端的水平板209；水平板209的高度大于滑轨部205的高度；水平板209与滑轨部205的右侧面活动连接。
左支座、右支座和工件定位模块可分离设置，工件定位模块可以根据被检测的空心轴的外壁最大直径进行适应性更换；滑轨和滑槽保证工件定位模块的运动，左支架和右支架的高度设置，可以进一步控制工件定位模块的移动，保证稳定性，提高检测精度。
实施例3
本实施例所提供的空心轴内壁检测自适应工装，与实施例2区别在于，如图6和图7所示，探头安装块7包括直流电机301、矩形框架302、连接件303、弧形滑块304和纵截面为半圆形的半圆形支架305，矩形框架302包括上侧壁、下侧壁和后侧壁；后侧壁上固定直流电机301；上侧壁和下侧壁的前端共同活动连接半圆形支架305，直流电机301的输出轴的轴心位于第一平面内，并伸入矩形框架302内与连接件303的一端相连接；连接件303的另一端连接有弧形滑块304；半圆形支架305包括平面侧壁和半圆弧型侧壁；如图8所示，半圆形支架305平面侧壁上设置有供传感器探头3通过的圆孔307，半圆形支架305的圆弧侧壁的外表面上设置有与弧形滑块304相适配的纵向的弧形滑槽306。
矩形框架左右两侧均设置两个平行的凸块，两个凸块之间共同固定第一铰接轴和第二铰接轴；上述设置，可以通过直流电机驱动控制连接件绕轴中心线方向转动，在弧形滑块的带动下实现传感器探头绕竖直方向摆动，进一步提高适应性，扩大使用范围，提高检测精度。
本实施例与实施例1和实施例2的另一区别还包括第一连接杆9和第二连接杆11长度相同。
实施例4
本实施例提供一种空心轴内壁检测方法，包括如下步骤：
s1、将径向伸缩摆动转向机构移动至转轴4的左端，作为检测起点；
s2、将空心轴套在转轴4和径向伸缩摆动转向机构外，通过工件定位模块31进行支撑定位，保证空心轴的轴线与转轴4的轴线相重合，然后安装右支座2；
s3、控制器控制旋转控制组件的运动，控制转轴4的周向运动，从而带动传感器探头3对空心轴内壁进行全周检测；
s4、检测完一周，控制器通过控制第一轴向控制组件和第二轴向控制组件的运动，控制第一滑块5和第二滑块6向右移动等距离或非等距离的位移，重复s3步骤；
s5、重复s4步骤，直至将整根空心轴检测完毕。